8.4 أنظمة التحجيم متعددة الحلقات

يتطلب تحجيم نظام أكوابونيكش موازنة مدخلات المغذيات والمخرجات. هنا، نحن نطبق أساسا نفس المبدأ مثل تحجيم نظام حلقة واحدة. ومع ذلك، فإن هذا النهج أكثر تعقيدا بعض الشيء، ولكن سيتم توضيحه بشكل كامل بمساعدة مثال.

الشكل 8.5 المخطط الذي يظهر التوازن الكتلي داخل نظام أكوابونيكش رباعي الحلقات؛ حيث msubfeed/sub هي العناصر المذابة المضافة إلى النظام عن طريق التغذية. إضافة تسميات: QSubdis/sub - QSubx/sub لتقطير عاد إلى HP; ‘الحمأة’ للمواد الغذائية دخول المفاعل

يوضح الشكل 8.5 مخطط توازن الكتلة لنهج نظامنا. في الوضع الأمثل، يحتوي النظام على مدخلات ومخرجات واحدة فقط. ومع ذلك، في الممارسة العملية، سيتعين على المرء إضافة مواد غذائية إضافية إلى الجزء المائي لتحسين نمو النبات. ويمكن استخدام هذا النموذج في حجم النظام، على سبيل المثال، استنادا إلى الفوسفور، وهو مورد غير متجدد ([الفصل 2](/المجتمع/المقالات/الفصل 2-aquaponics-إغلاق الدورة على موارد المياه والأراضي والمغذيات المحدودة). المدخلات إلى النظام (msubfeed/sub) هي جزء من المغذيات التي تفرزها الأسماك في شكل مذاب. و يتراكم الباقي في الأسماك ككتلة حيوية أو ينتهي به المطاف كحمأة (انظر الفرع السابق). الناتج هو امتصاص المغذيات النباتية. يعتمد تحديد امتصاص المغذيات للنباتات على العديد من العوامل وهو معقد للغاية؛ أسهل طريقة لإعطاء تقدير تقريبي هو اعتبار التنفس النباتي المحرك الرئيسي لامتصاص المغذيات (Goddek and Körner 2019).

ويعتمد معدل التبخر والنتح بدرجة كبيرة على المناخ ويتأثر إما بشكل مباشر أو غير مباشر بإشعاع الموجات القصيرة الممتصة، والرطوبة النسبية، ودرجة الحرارة، وتركيز Cosub2/sub. ونظرا للتعقيد الشديد لنظام متعدد الحلقات، فإننا نفترض أن النباتات تقع في دفيئة تسيطر عليها المناخ، وبالتالي نحن بحاجة فقط إلى اعتبار الإشعاع العالمي المتغير الديناميكي الذي يحدد مقدار الإشعاع الموجة القصيرة. وبعبارة أخرى، نحن بحاجة أولا إلى تحديد مقدار العناصر الغذائية المضافة المتاحة للنباتات، ومن ثم تحديد مقدار ما تستهلكه النباتات في الواقع.

8.4.1 مدخلات التغذية

يعتمد معدل علف الأسماك على الكتلة الحيوية الكلية في النظام ونسبة تحويل الأعلاف (FCR). يوفر Timmons وEbeling (2013) نهجاً بسيطاً لتحديد معدلات نمو الأسماك لمختلف أنواع الأسماك. ومع ذلك، فإننا نوصي بأخذ البيانات الصناعية لتحديد الكتلة الحيوية بشكل أدق. توفر Lupatsch and Kissil (1998) (مكافئ 8.10) صيغة نمو عامة، حدد فيها Goddek و Körner (2019) معاملات النمو بواسطة تركيب المنحنى باستخدام بيئة البرمجيات الرياضية MATLAB (الوظيفة الداخلية ‘fitnlm’) مع بيانات تجريبية لنيل Tilapia (Oreochromis niloticus). ويمكن الاطلاع على الأوزان الأولية والنهائية الإضافية، ودرجة حرارة الماء للنظام، ومخرجات معاملات النمو الخاصة بالأنواع في الجدول 8-2. إدخال هذه المعلمات في Eq. 8.10 يعطينا الوزن في يوم معين لهذا النوع من الأسماك.

$W_ {ر} = [W_0 ^ {1-\ بيتا ث} + (1-\ بيتا _w)\ alpha_wexp\ {\ Gamma_wt} T] ^ {\ فارك {1} {1-\ بيتا ث} $ (8.10)

حيث Wsubt/sub (g) هو وزن السمك في وقت محدد (أيام)، WSUB0/sub (g) هو وزن السمك الأولي، T هو درجة حرارة الماء (في C)، αw βw و αw هي معاملات نمو خاصة بالأنواع (بدون وحدات)، و t هو الوقت في الأيام.

** الجدول 8-2** بارامترات نمو الأسماك بالنسبة لل مكافئ 8.10 بالنسبة لدرجة حرارة ماء معينة (T). WSUB0/sub و WSUBF/الفرعية يمكن تعديلها لتلبية الاحتياجات الخاصة

الجدول ثياد tr class = «رأس» رثود/ث ثباراميترس/ث ثالوصف/ث ثفالي/ث مصدر ثمن/ث /tr /thead tbody tr class = «غريب» td rowspan = “4"نمو السمك/td TDWSub0/سوب/تد الوزن الأولي لإصبع* البلطي* (بالجم) /td TDعلى سبيل المثال، 55/td TDGoddek و Körner (2019) /td /tr tr class = «حتى» تدوسوبف/سوب/تد وزن الحصاد المستهدف للأسماك (ز) /TD TDعلى سبيل المثال، 600/تد TDGoddek و Körner (2019) /td /tr tr class = «غريب» TDT/TD TDWater درجة حرارة راس (في درجة مئوية) /تد td30/td TDTimmons و Ebeling (2013) /TD /tr tr class = «حتى» tdαw; βw; αw/td معاملات النمو الخاصة بـ TDSpecies /td td0.0261؛ 0.4071؛ 0.0827/td TDGoddek و Körner (2019) /td /tr /tbody /الجدول

استنادًا إلى ناتج المعادلة أعلاه، تمكنا من تحديد مقدار العلف الذي تتطلبه الأسماك لكل مرحلة نمو. في معظم الأحيان، يتم ذكر معدل التغذية (X٪ من وزن الجسم) أو FCR من قبل الشركة المصنعة للأعلاف الخاصة بالأنواع. ومع ذلك، فإن Timmons وEbeling (2013) يقدمان إرشادات تقريبية للبلطي (FCR): 0.7-0.9 للبلطي الذي يقل وزنه عن 100 غرام و1.2-1.3 للبلطي الذي يزيد وزنه عن 100 غرام، ويتم ذلك من خلال المعادلة التالية.

$تغذية\ معدل\ (ز) =FCR\ مرات WG_T\ مرات m_ {الأسماك} $ (8.11)

حيث FCR هو نسبة تحويل الأعلاف، WGSubt/sub هو زيادة الوزن (في اليوم)، و msubfish/sub هو كمية الأسماك في خزان السمك.

يمكن تحديد زيادة الوزن (WG) في اليوم مع المعادل 8.10 عن طريق طرح وزن، على سبيل المثال اليوم العاشر من وزن اليوم الحادي عشر. ويمكن القيام بذلك لكل خزان. يوضح الشكل 8.6 مدخلات تغذية الأسماك في نظام Tilapia باستخدام المعادلات المذكورة أعلاه. ويبلغ متوسط مدخلات التغذية في اليوم بعد أن يتم تدوير النظام بالكامل 165 كجم.

** الشكل 8-6** مثال على توازن الكتلة الحيوية ل_Tilapia_ المستربية في 13 صهريج في مجموعات بحجم إجمالي (بما في ذلك المرشح الحيوي والمستنقع) يبلغ 482.000 لتر كحد أقصى. مجموع الكتلة الحيوية 80 طناً لفترة سنتين بما في ذلك مرحلة البدء بمتوسط وزن السمك (أ) (يمثل كل خط صهريج/مجموعة واحدة) ومعدل التغذية الإجمالي اليومي (ب) (البيانات مأخوذة من Goddek و Körner 2019)

8.4.2 توافر المغذيات

تقرير نيتو وأوسترينسكي (2013) عن إفراز N قابل للذوبان بنسبة 33% وإفراز P قابل للذوبان بنسبة 17% من مدخلات الأعلاف عند تربية النيل Tilapia (Oreochromis niloticus, L.). هذه هي العناصر الغذائية التي تتراكم أخيرا في نظام راس ويمكن أن تؤخذ من قبل النباتات.

8.4.3 امتصاص النبات

و يقدم الجدول 8-3 لمحة عامة عن معدلات التبخر و النتح الخاصة بالمحاصيل و المرتبطة بالإشعاع العالمي. واحد مم من ET لكل متر مربع يساوي 1 L. بالنسبة للتحجيم البسيط، ينبغي للمرء أن يأخذ المتوسط اليومي السنوي (انظر القسم التالي).

** الجدول 8-3** استعراض عام لمستويات الإشعاع العالمية الخارجية في المناطق شبه القطبية والبحرية المعتدلة والظروف القاحلة (استناداً إلى Goddek وKörner 2019) وتبخر ونتح محاصيلهما _ (الخ، مم اليوم - 1) _ معدلات lettuce و tomato المزروعة في بيئة دفيئة خاضعة للرقابة تبلغ 20 درجة مئوية و 80 في المائة نسبي الرطوبة. تم زراعة الخس مع زراعة مستمرة على مدار السنة؛ وزرعت الطماطم في كانون الثاني/يناير وأزيلت في كانون الأول/ديسمبر (جزر فارو وهولندا) أو تموز/يوليه وحزيران/يونيه (ناميبيا)

الجدول ثياد tr الصف عشر = “3"شهر/ث ال كولسبان = “3"جزر فارو/ث ال كولسبان = “3"هولندا /ث ال كولسبان=“3"ناميبيا/ث /tr tr class = «رأس» الإشعاع العالمي/ث Thetsubc/sub/الخس/ث Thetsubc/الفرعية/الطماطة/ث الإشعاع العالمي/ث Thetsubc/sub/الخس/ث Thetsubc/الفرعية/الطماطة/ث الإشعاع العالمي/ث Thetsubc/sub/الخس/ث Thetsubc/الفرعية/الطماطة/ث /tr tr class = «رأس» ثمول مسوب-2/سوب اليوم-1/سوب/ث ال كولسبان = “2"كغ مسوب-2/سوب اليوم-1/سوب/ث ثمول مسوب-2/سوب اليوم-1/سوب/ث ال كولسبان = “2"كغ مسوب-2/سوب اليوم-1/سوب/ث ثمول مسوب-2/سوب اليوم-1/سوب/ث ال كولسبان = “2"كغ مسوب-2/سوب اليوم-1/سوب/ث /tr /thead tbody tr class = «غريب» TDBJanuary/ب/تد td1.4/td td0.78/td td0.52/td td4.5/td td0.78/td td0.53/td td54.2/td td2.74/td td4.55/td /tr tr class = «حتى» TDBفبراير/ب/TD td5.2/td td0.85/td td1.38/td td9.1/td td0.93/td td1.40/تد td53.7/td td2.70/تد td4.47/td /tr tr class = «غريب» تدبمارش/ب/تد td13.7/td td1.20/td td2.12/td td17.0/td td1.28/td td2.14/td td51.2/td td2.42/td td3.96/td /tr tr class = «حتى» تدبابريل/ب/تد td30.6/td td1.90/تد td3.05/td td27.9/td td1.82/td td2.90/تد td40.2/td td3.05/td td5.38/td /tr tr class = «غريب» TDBMay/ب/تد td39.2 td td2.29/td td3.57/td td32.2/td td2.40/تد td3.74/td td30.0/td td2.70/تد td4.59/td /tr tr class = «حتى» تدبيجون/ب/تد td39.6/td td2.33/td td3.60/td td26.6/td td2.52/td td3.91/td td30.5/td td2.28/td td3.80/تد /tr tr class = «غريب» TDBjuly/ب/تد td34.5/td td2.17/td td3.37/td td36.4/td td2.54/td td3.51/td td37.5/td td2.61/td td3.92/td /tr tr class = «حتى» تدبوغوست/ب/تد td21.3/td td1.67/td td2.73/td td31.7/td td2.28/td td3.51/td td37.5/td td2.61/td td3.92/td /tr tr class = «غريب» TDbأيلول/سبتمبر /ب/TD td13.2/td td1.20/td td2.04/td td23.1/td td1.75/td td2.77/td td43.2/td td2.00/تد td3.02/td /tr tr class = «حتى» تدبوكتوبر/ب/تد td6.0/td td0.91/td td1.77/td td13.3/td td1.17/td td1.94/td td51.6/td td2.07/td td3.09/td /tr tr class = «غريب» TDBNovember/B/TD td2.1/td td0.78/td td1.60/td td6.2/td td0.87/td td1.62/td td57.9/td td2.30/td td3.58/td /tr tr class = «حتى» TDBDecember/B/TD td0.4/td td0.79/td td1.66/td td3.5/td td0.77/td td1.52/td td59.8/td td2.44/td td3.95/td /tr tr class = «غريب» TD buaverage/U/b /td tdu17.3/ش/تد tdu1.41/u/تد tdu2.28/u/تد tdu20.6/ش/تد tdu1.59/u/td tdu2.50/u/تد td3.83/td tdu2.47/u/تد tdu3.83/u/تد /tr /tbody /الجدول

8.4.4 موازنة الأنظمة الفرعية

موازنة الحلقات ضروري لتحجيم النظام. يجب أن يكون الإدخال مساويا للإخراج (الشكل 8.5). في نظام أكوابونيكسد يضم وحدة المفاعل الحيوي، لدينا اثنين من تيارات تدفق المغذيات: (1) جزء من التغذية التي تفرز إلى نظام راس في شكل قابل للذوبان و (2) جزء من العناصر الغذائية في حمأة الأسماك التي تمكن المفاعل الحيوي (ق) من تمعدن وتعبئة. تيار التدفق الرئيسي (بصرف النظر عن الإزالة الدورية للحمأة المنزوعة المعادن) للمغذيات هو امتصاص المغذيات للنباتات. و يعبر الفرق المعادل 8.12 عن هذا التوازن:

$المعادن\ (مكافأ.8.2) +m_ {تغذية} =\ فارك {\ تسطير {Q_ {هب}}\ مرات\ رو_ {هب}} {1000} $ (8.12)

$ (\ تسطير {\ eta_ {تغذية}}\ مرات 10000\ مرات\ pi_ {تغذية}\ مرات\ pi_ {sludhe}\ مرات\ eta_ {دقيقة}) +\ تسطير {م _ {م _ {تغذية} =\ فارك {\ تسطير {Q_ {HP}} {1000} $ (8.13)

حيث $\ تسطير {\ eta_ {feed}} $ هو متوسط الأعلاف (بالكيلوغرام) دخول نظام RAS، πsubfeed/subis نسبة المغذيات في صياغة الأعلاف، πsubsludge/الفرعية هي نسبة عنصر تغذية محددة تنتهي في الحمأة، وsubmin/الفرعية هو التمعدن وكفاءة التعبئة من نظام المفاعل، umsubfeed/sub/u هو متوسط كمية المغذيات التي تتبرزها الأسماك في شكل مذاب، UQSubHP/sub/U هو متوسط التبخر الكلي، و ρsubHP/subis الهدف (أي الأمثل) تركيز المغذيات لمغذيات محددة في النظام الفرعي المائي.

ومع ذلك، لتكون قادرة على تحديد المساحة المطلوبة، هناك نوعان من المتغيرات التي تحتاج إلى إعادة تعريف من أجل حل هذه المعادلة. توضح المعادلة 8.14 كيفية حساب إفراز المغذيات القابلة للذوبان. وفي المعادلة 8.15، تبين لنا أن متوسط مجموع التبخر والنتح هو نتاج المنطقة ومعدل التبخر والنتح الخاص بالنباتات (يظهر هنا كمتوسط) لكل msup2/sup.

$\ تسطير {m_ {تغذية}} =\ تسطير {n_ {تغذية}}\ مرات\ pi_ {تغذية}\ مرات\ eta_ {excr} $ (8.14)

حيث يمثل hsubexcr/sub جزء من المغذيات التي تفرزها الأسماك في شكل قابل للذوبان.

$\ تسطير {Q_ {HP}} =A\ مرات\ تسطير {et_c} $ (8.15)

حيث $\ تسطير {Q_ {HP}} $ يمثل متوسط إجمالي التبخر والنتح (في L), A المنطقة, و $\ تسطير {ET_ {ج}} $ متوسط التبخر والنتح المحصول محددة في ملم/msup2/سوب (أي L/MSUP2/سوب).

حل المعادل 8.13 من خلال دمج Eqs. 8.14 و 8.15 لإيجاد A، ونحن قادرون على حساب مساحة النبات المطلوبة فيما يتعلق بمتوسط مدخلات التغذية (مكافئ 8.15).

$A=\ فارك {(\ تسطير {\ eta_ {تغذية}\ مرات 1000\ مرات\ pi_ {تغذية}\ مرات\ eta_ {excr}\ مرات 1000}) + (\ تسطير {\ eta_ {تغذية}}\ مرات 1000\ مرة\ pi_ {تغذية}\ مرات\ p_ {الحمأة}}} تسطير et_c}\ مرات\ rho_ {HP} $ (8.16)

مثال 8.2**

على سبيل المثال، نريد أن حجم (أي التوازن) النظام فيما يتعلق P. نحن نفترض أن مكون RAS في نظامنا يتطلب متوسط مدخلات التغذية اليومية من 150 كجم. تقوم الشركة المصنعة بالإبلاغ عن محتوى P لتغذية الأسماك بنسبة 1٪. نحن نقدر P في نهاية المطاف في الحمأة أن يكون 55٪ وأن P أن تفرز الأسماك في شكل قابل للذوبان هو 17٪. تعمل المفاعلات الحيوية بشكل جيد وتمعدن حوالي 85٪ من P.

على جانب الإنتاج، قمنا بحساب متوسط معدل التبخر والنتح للمحاصيل الخاصة بالخس (عن طريق استخدام معادلة Penman-Monteith التي وضعتها منظمة الأغذية والزراعة على سبيل المثال). في موقعنا، هو حوالي 1.3 ملم/يوم (أي 1.3 لتر/يوم). ويذكر أن التركيبة المثلى P للمحلول المغذيات هي 50 ملغ/لتر (Resh 2013). العثور على مساحة زراعة النباتات اللازمة لامتصاص P التي ينتجها النظام ثم يتم حلها عن طريق:

$A=\ فارك {(\ تسطير {\ eta_ {تغذية}\ مرات 1000\ مرات\ pi_ {تغذية}\ مرات\ eta_ {excr}\ مرات 1000}) + (\ تسطير {\ eta_ {تغذية}\ مرات 1000\ مرات\ pi_ {تغذية}\ مرات\ p_ {الحمأة}\ eta_ {دقيقة}}} تسطير {et_c}\ مرات\ rho_ {HP} $

$A=\ فارك {(150000\ مرات 0.01\ مرات 0.17\ مرات 1000) + (150000\ مرات 0.01\ مرات 0.55\ مرات 0.85\ مرات 1000)} {1.3\ مرات 50} $

$\ =\ فارك {255000+701250} {65} $

$\ =14711m^ 2 = 1.47ha$

يوضح المثال أعلاه أن غالبية P في وحدة الزراعة المائية تنشأ من المفاعلات الحيوية. وبالتالي، فإن تنفيذ المفاعل الحيوي داخل نظام منفصل له تأثير كبير جدا على الاستدامة P. على النقيض من ذلك، من أجل حجم أنظمة أكوابونيكش بسيطة حلقة واحدة، وعادة ما يتم تطبيق قاعدة الإبهام. بالنسبة للنباتات الورقية حوالي 40 إلى 50 جم ولنباتات الفواكه مطلوب حوالي 50 إلى 80 غرام من الأعلاف لكل مساحة زراعة msup2/sup (FAO 2014). عند النظر إلى مدخلات التغذية في المثال المعطى أعلاه = 150 كجم، وتقسيمها على 45 (متوسط تقريب النبات الورقي)، تبلغ مساحة الزراعة المقترحة حوالي 3750 msup2/sup. ترك التمعدن الحمأة، فإن مثالنا يقترح مساحة زراعة 3333 msup2/sup عند تحجيم النظام على P.

8.4.5 دور وحدة التقطير

و يتمثل دور و حدة التقطير في الحفاظ على تركيز المغذيات في نظام RAS و نظام الزراعة المائية عند المستويات المطلوبة لكل منهما. وبما أن تراكم المغذيات وكثافة المغذيات المحددة المقابلة هما ديناميكيتان في أنظمة RAS (أي حسب معدلات ETSubc/sub) التي تعتمد على تدفق QSubhP/sub و QSubx/sub (الشكل 8.5)، لا يمكن تحديد حجم وحدة التقطير باستخدام معادلة تفاضلية. وبالتالي، هناك حاجة إلى نموذج سلسلة زمنية لتحديد تركيز المغذيات في RAS مع مرور الوقت. تركيز المغذيات في وقت محدد ضروري للتمكن من تنفيذ معادلات التوازن الكتلي داخل النظام (القسم [8.3](/المجتمع/المقالات/8-3-التقطير - حلقة تحلية)).

الشكل 8-7 عمليات المحاكاة التي تقارن بين تركيز NO3-N في نظام مياه RAS على تأثير تدفقات التقطير (لا، خط صلب؛ 5000 لتر ه-1، خط متقطع) على الهيدروبونيات (الأصفر، —-) وRAS (الأزرق، —-) تركيزات المحلول المغذي في ** (أ) ** ناميبيا و** (ب) ** هولندا، أي في المنخفضة والعالية خطوط العرض (ناميبيا 22.6 درجة مئوية و هولندا 52.1 درجة شمالا على التوالي) في غضون 36 شهرا (بما في ذلك مرحلة تشغيل النظام) باستخدام البيانات المناخية المحلية و الصوبات الزراعية المعدلة حسب المناخ كمدخلات نموذجية

ولكي يكون النظام متوازنا (أي المدخلات = الإخراج)، يمكننا أن نقدم توجيها عاما بشأن القدرة المطلوبة لوحدة التقطير هذه. والهدف من ذلك هو تجنب تراكم المغذيات في نظام RAS. يوضح الشكل 8.7 أ، ب تأثير تدفقات التقطير على المحاليل المائية ومحلول المغذيات RAS _بدون حلقة تمعدن في خطي عرض مختلفين _. كلا النظامين لديها نفس المدخلات تغذية (في المتوسط 158.6 كجم يوميا 1/سوب؛ انظر الشكل 8-6). ومع ذلك، فبأخذ الظروف البيئية والبيوت المحمية المعدلة حسب المناخ في الاعتبار، تختلف المنطقة المائية الضرورية والمثلى بين المواقع الجغرافية (انظر [الفصل 11](/المجتمع/المقالات/الفصل 11-الأحواض المائية - النظم - النمذجة)). وستحتاج النظم المائية ذات معدلات التبخر المنخفضة المحتملة، كما هو شائع في المواقع عند خطوط العرض العالية (أي بعيداً عن خط الاستواء) إلى مناطق زراعية أكبر من الأماكن القريبة من خط الاستواء. وفي الوقت نفسه، هناك تباين سنوي أعلى في التشعيع وبالتالي النتح شائع في هذه المناطق، وبالتالي يوجد طلب أعلى على التقلبات الموسمية في المياه والمغذيات (انظر الشكل 8-7). غير أنه في زراعة الاحتباس الحراري, قد يكون من الضروري توفير إضاءة تكميلية, وفي بلدان مثل النرويج, لا تتم زراعة الخضروات بدون إضاءة تكميلية. وبالإضافة إلى ذلك، فإن إجمالي سطح ورقة المحاصيل يحدث فرقا؛ فالمحاصيل ذات مساحة ورقة عالية لكل وحدة مساحة أرضية (أي مؤشر مساحة الأوراق) تتكشف أكثر من المحاصيل ذات مساحات أوراق أصغر، ويمكن رؤية فرق واضح بين محاصيل الطماطم والخس. كل هذه العوامل تحتاج إلى أن تؤخذ في الاعتبار عند تخطيط وتحجيم نظام أكوابونك.

في ما يلي نقدم لمحة عامة عن حجم المساحة المائية الأمثل لأنظمة أكوابونيكش الموصوفة أعلاه: مساحة زراعة المواد الأحادية المحاكاة مع سيناريوهات في خطوات من 250 msup2/sup للعثور على مساحة تركيب إما الخس أو الطماطم من أجل تحقيق التوازن في النظام بشكل مناسب كان بدون إضاءة تكميلية (للخس أو الطماطم، على التوالي):

• 17.000 msup2/sup أو 11.750 msup2/sup لجزر فارو

• 15.500 msup2/sup أو 11.000 msup2/sup لهولندا

• 8750 msup2/sup أو 6500 msup2/sup لناميبيا

وعلى الرغم من اختلاف حجم النظم، فإن متوسط امتصاص المغذيات السنوي مماثل. ومع ذلك، عند دمج نظام الهضم، علينا أن نأخذ في الاعتبار مصدر المغذيات الإضافية (الشكل 8.1ج). يؤدي تغيير أحد المكونات حتما إلى اختلالات في النظام، ومع ذلك يجب أن يهدف النظام إلى توفير العناصر الغذائية المثلى لكل من RAS وHP. على سبيل المثال، يجب أن يكون NO3-N في RAS أقل من عتبة معينة\ 200 ملغ L<SUP-1/Sup، على سبيل المثال، البلطي، بينما ينبغي أن يكون PO4-P في HP أقرب ما يمكن من التركيز الموصى به البالغ 50 ملغم LSUP-1/سوب لزراعة نباتات ذات نوعية جيدة. وهكذا، تساعد دراسات المحاكاة في تحديد حجم المكونات في نظام أكوابونيكش مغلق متعدد الحلقات من أجل تحقيق إمدادات غذائية مثلى لكل من الأسماك والنباتات. لهذا الغرض، خلق غودديك وكورنر (2019) محاكاة أكوابونيكس رقمية.

ومع ذلك، فإن التخطيط لنظام أكوابوني ينطوي على بعض الفهم الأساسي للنظام من أجل التوصل إلى توازن يقلل إلى أدنى حد من القمم غير المرغوب فيها في الطلب والعرض من المغذيات. وبما أن القوة الدافعة لديناميات المغذيات هي تبخر المحصول (ETSubc/sub في نظام HP)، فإن ذلك يحركه إلى حد كبير المناخ المحلي والضوء الممتص. وفي نظام متوازن تماما، سيكون هذا بيئة آلية ومحكمة بالكامل (انظر [القسم 8.5](/المجتمع/المقالات/8-5-المراقبة والتحكم) مع إضاءة على مدار الساعة. تحتاج النباتات إلى فترة مظلمة معينة من حوالي 4-6 ساعات، وبالتالي فإن أفضل نظام متوازن هو واقعيا لتنفيذ أكوابونيكش في مصانع مغلقة فقط مع مصادر الضوء الاصطناعي. بيد أن ذلك يتطلب تكاليف عالية لل مدخلات الكهربائية و الاستثمار, ولا يمكن تحقيقه إلا إذا كانت أسعار المنتجات مرتفعة جدا. ولذلك، فإننا نوصي بإنتاج الدفيئة مع الإضاءة التكميلية (إذا لزم الأمر وإذا كان يؤتي ثمارها) كوسيلة عملية ومجدية اقتصاديا لبناء وحدة أكوابونك. ويؤدي وضع كل من النباتات والأسماك في نفس البناء المادي إلى تآزر إضافي بما في ذلك انخفاض التدفئة وزيادة نمو النبات من خلال ارتفاع Cosub2/sub (Körner et al. 2017).

وبالإضافة إلى هذه المسائل التقنية، يتعين تعديل إجراءات زراعة النباتات (الجزء العملي المتعلق بالبستنة من النظام) مع احتياجات الأحياء المائية بحيث يكون هناك طلب ثابت على المغذيات المحصولية (على افتراض نفس المناخ والضوء) كما هو مبين في الجدول 8-3. يتم زراعة الخس والخضر الورقية الأخرى بشكل مستمر (Körner et al. 2018)، في حين تزرع المحاصيل الأكبر حجما، مثل الخضروات الفاكهة مثل الطماطم والخيار والفلفل الحلو، في فصل الشتاء، وغالباً ما يكون الحصاد الأول في أواخر الشتاء/أوائل الربيع تليها إزالة النباتات وآخر المحاصيل المزروعة للحصاد في فصل الشتاء مرة أخرى. وبدون الزراعة البينية، أي إما أنواع مختلفة من المحاصيل في نفس النظام أو دفعات من خضروات الفاكهة المزروعة على مدار السنة من أجل الحفاظ على الطلب على المغذيات، ستحدث فترات من انخفاض الطلب على المغذيات وارتفاع مستويات المغذيات. استنادًا إلى Goddek و Körner (2019)، نعرض تباين Nosub3/sub-N في RAS للطماطم (غالباً ما لا يتم تعديلها في الأكوابونيكش) والخس عندما لا يتم استخدام إضاءة تكميلية لثلاث مناطق مناخية (جزر فارو وهولندا وناميبيا) (الشكل 8.8). يمكن تحقيق توازن النظام عن طريق زيادة الضوء اليومي المتكامل (أي مجموع ضوء مول المستلمة خلال فترة 24 ساعة) مع التحكم الديناميكي في الإضاءة التكميلية (Körner et al. 2006).

** الشكل 8.8** NO3-N في RAS جنبا إلى جنب مع HP زراعة الطماطم أو الخس في ثلاث مناطق مناخية وتناقص خطوط العرض (جزر فارو 62.0N، هولندا 52.1 درجة شلن، ناميبيا 22.6 درجة مئوية) مع المساحة المثلى للهيدروبونيات (انظر أعلاه) في محاكاة لمدة 36 شهرا باستخدام بيانات المناخ المحلية والدفيئات الزراعية المعدلة مناخياً إدخال النموذج

ومن شأن تطبيق تقنيات التقطير وتحلية المياه أن يسهم في تحقيق تخفيضات كبيرة في مستويات المغذيات في RAS مع ضبط المستويات في نظام HP أقرب إلى optima، أي أن الوحدة تركز العناصر الغذائية إلى المستويات التي تحتاجها النباتات. يوضح الشكل 8.9 تأثير وحدة تحلية المياه على تركيز RAS Nosub3/sub-N عند تطبيق ما بين 0 و 5000 L hsup-1/sup و systemsup-1/sup. ومن الواضح أنه مع زيادة تدفق تحلية المياه، فإن تركيز Nosub3/sub-N في نظام RAS آخذ في التناقص. ومع ذلك، يتم التحكم في الوحدة من قبل الطلب من POSUB4/sub في نظام HP. يجب تجنب القمم، وكما ذكر أعلاه، يمكن تحقيق ذلك من خلال خلق بيئة مناخية مستقرة مع ضوابط ضوئية ديناميكية. ومن الواضح أنه في المناطق المناخية التي تشهد اختلافات سنوية أقل في الإشعاع الشمسي, هناك تباين أقل في ETSubc/sub و النظام الكامل أكثر استقرارا. تركيب المصابيح والحفاظ على ضوء يومي لا يقل عن 10 مول MSUP-2/سوب يمكن أن تعوض عن الاختلافات الموسمية. يساعد الزراعة البينية وإنتاج المحاصيل المختلطة على تحقيق الذروة الناتجة عن بروتوكول زراعة الطماطم التقليدي مع النباتات الشابة في فصل الشتاء عندما يكون كل من

الشكل 8.9 NO3-N في RAS جنبا إلى جنب مع HP مع الطماطم (يمين) أو الخس (يسار) مع تحلية المياه بين 0 و 5000 لتر ح سوب-1/سوب العرض في ثلاث مناطق مناخية وخطوط العرض المتناقصة (جزر فارو 62.0ºN، هولندا 52.1 درجة N، ناميبيا 22.6 درجة مئوية) مع مساحة معدلة لهب (انظر أعلاه) في محاكاة لمدة 36 شهرا باستخدام البيانات المناخية المحلية و الصوبات الزراعية المعدلة حسب المناخ كمدخلات نموذجية

و يساهم المناخ (الإشعاع المنخفض) و الزراعة (النباتات الصغيرة, و الطاقة المنخفضة ETSubc/sub) في تراكم المغذيات.